【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機器人路徑規劃，尤其涉及基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法及系統。
技術介紹
1、近年來，隨著硬件的不斷進步，機器人已廣泛應用于醫療、軍事、工業、農業和服務業等多個領域。機器人路徑規劃是指在一定評價標準下，從起點到終點找到一條最優或次優的無碰撞路徑。許多成熟算法已被提出以解決這一問題，其中rrt（基于采樣的快速探索樹）算法在高維和多約束路徑規劃中表現突出，尤其適合單次查詢。局部路徑規劃常用的算法包括dwa（動態窗口法）和apf（人工勢場法）。
2、人工勢場法依賴全局勢函數來引導機器人運動，但容易陷入局部最小值，同時對于運動的障礙物，未能考慮其運動特性。
3、然而，在實際應用過程中，機器人所處環境多為動態環境。要滿足機器人運動過程中遇到動態障礙物時的避障，依然要依靠局部路徑規劃。目前大部分機器人路徑規劃均以靜態障礙物為主，當出現動態障礙物時，機器人運動對原路徑適應性較差。此外，當前機器人面對動態障礙物的局部路徑規劃，至少還存在以下技術問題：
4、（1）在行進過程中，機器人無法準確判斷運動的障礙物是否對原始運動軌跡有影響；
5、（2）無法準確把握局部路徑動態規劃的時機，而是選擇對所有障礙物進行動態避障，浪費計算資源；
6、（3）傳統人工勢場算法包括吸引勢場和斥力勢場，其中斥力勢場主要用于避免機器人與障礙物的碰撞。然而上述斥力勢場并未考慮運動障礙物的運動信息，不能實現針對性的對斥力勢場進行動態調整，且在避免碰撞方面仍存在一定的改進空間。
>技術實現思路
1、為克服上述現有技術的不足，本專利技術提供了基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法及系統，考慮了運動障礙物的運動信息，引入運動障礙物的速度矢量，并根據機器人的相對運動方向調整斥力大小，增強了斥力的有效性，且通過設置多層斥力場的方式，結合指數函數，使機器人在靠近障礙物時，斥力急劇增強，有效避免碰撞。
2、為實現上述目的，本專利技術的一個或多個實施例提供了如下技術方案：
3、本專利技術第一方面提供了基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法。
4、基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，包括以下步驟：
5、獲取機器人原始運動路徑上動態障礙物的運動速度；
6、判斷機器人是否會與動態障礙物發生碰撞，若是，則劃定動態避障區域；
7、基于動態避障區域和原始運動路徑，確定動態路徑的起點和終點；
8、在動態避障區域內，劃定多層斥力勢場，并引入指數函數計算每一層斥力勢場的斥力；
9、在每一層斥力勢場的斥力基礎上，結合機器人相對于障礙物的運動方向與障礙物速度矢量的關系，得到強化后每一層斥力勢場的斥力；
10、疊加強化后每一層斥力勢場的斥力，得到總斥力場，并結合吸引勢場，得到總勢場；
11、基于總勢場，得到總勢場力，并基于總勢場力，更新動態路徑起點和終點之間、位于動態避障區域內的節點，規劃出機器人的動態路徑。
12、本專利技術第二方面提供了基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃系統。
13、基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃系統，包括：
14、障礙物速度獲取模塊，被配置為：獲取機器人原始運動路徑上動態障礙物的運動速度；
15、碰撞判斷模塊，被配置為：判斷機器人是否會與動態障礙物發生碰撞，若是，則劃定動態避障區域；
16、動態路徑起始點確定模塊，被配置為：基于動態避障區域和原始運動路徑，確定動態路徑的起點和終點；
17、多層斥力勢場劃分模塊，被配置為：在動態避障區域內，劃定多層斥力勢場，并引入指數函數計算每一層斥力勢場的斥力；
18、斥力強化模塊，被配置為：在每一層斥力勢場的斥力基礎上，結合機器人相對于障礙物的運動方向與障礙物速度矢量的關系，得到強化后每一層斥力勢場的斥力；
19、總勢場計算模塊，被配置為：疊加強化后每一層斥力勢場的斥力，得到總斥力場，并結合吸引勢場，得到總勢場；
20、更新模塊，被配置為：基于總勢場，得到總勢場力，并基于總勢場力，更新動態路徑起點和終點之間、位于動態避障區域內的節點，規劃出機器人的動態路徑。
21、以上一個或多個技術方案存在以下有益效果：
22、本專利技術提供了一種基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法及系統，引入動態障礙物運動矢量的分層人工勢場算法，通過分層的方式，結合指數函數，使得機器人在靠近障礙物時，斥力急劇增強，有效避免碰撞；根據運動障礙物的速度和方向，動態調整斥力，確保在障礙物運動方向上的斥力大于其他方向，增強算法的魯棒性。
23、通過本專利技術的方法，機器人能夠在復雜動態環境中安全、有效地進行路徑規劃，避免誤觸發碰撞。這種優化方法為運動障礙物的路徑規劃提供了更靈活的策略，使機器人在動態環境中具有更強的適應能力。
24、本專利技術使用速度障礙算法判斷機器人是否會與動態障礙物發生碰撞，設立碰撞判斷條件，判斷機器人的速度是否在速度障礙內，從而準確判斷動態障礙物是否會對機器人原始運動造成影響。
25、本專利技術劃定動態避障區域，設置了碰撞范圍，將碰撞范圍作為動態避障范圍，以動態障礙物的中心位置為圓心、以動態避障范圍為半徑，確定出動態避障區域，避免浪費計算資源。
26、本專利技術附加方面的優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。
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1.基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于：
3.如權利要求1所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，使用速度障礙算法判斷機器人是否會與動態障礙物發生碰撞，具體包括：
4.如權利要求1所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，劃定動態避障區域，具體包括：
5.如權利要求1所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，基于動態避障區域和原始運動路徑，確定動態路徑的起點和終點，具體包括：
6.如權利要求1所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，所述每一層斥力勢場的斥力，具體為：
7.如權利要求6所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，所述強化后每一層斥力勢場的斥力，具體為：
8.如權利要求7所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，所述總勢場，具體為：>
9.如權利要求1所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于：
10.基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于：
3.如權利要求1所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，使用速度障礙算法判斷機器人是否會與動態障礙物發生碰撞，具體包括：
4.如權利要求1所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，劃定動態避障區域，具體包括：
5.如權利要求1所述的基于改進人工勢場算法的機器人動態路徑規劃方法，其特征在于，基于動態避障區域和原始運動路徑，確定動態...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜付鑫，蘇富康，韓應飛，陳超，孫玉璽，宋銳，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：
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